磁路和磁性材料

1、磁路和磁性材料,王远波 西南交通大学电气工程学院,本章内容,磁路概述 磁路基本定理 磁链、电感和能量 磁性材料的特性,11 磁路概述,电机：应用电磁感应原理实现机-电能量转换的装置 运动导体产生的感应电势 变化磁场产生感应电势 载流导体产生电磁力 磁场是机电能量转换、传递的媒介 必须存在磁场！,假设条件,忽略位移电流和电磁辐射 电机涉及的电磁变量的频率低，尺寸小 工频交流50Hz，电磁波波长6000km 普通电机尺寸几毫米到几十米 用一维磁路近似等效三维磁场 三维磁场分布非常复杂，几乎无解析解 电机采用铁磁材料来定形和导向磁场 铁磁材料的高导磁新使磁场分布相对集中 解的精度，能满足工程应用要求

2、,磁路,磁路：磁通所通过的路径 磁路是以高导磁性材料构成的使磁通被限制在结构所确定的路径之中的一种结构 和电流在电路中被导体所限制是极为相似,简单磁路,铁心导磁率远大于空气 磁力线几乎被限定在铁心规定的路径中 铁心外部的磁力线很少,带气隙简单磁路,简单同步电机磁路,有线圈的铁心中，磁通分成主磁通和漏磁通两部分 主磁通：在铁心中通过的绝大部分磁通 漏磁通：围绕载流线圈、在部分铁心和铁心周围的空间的少量磁通 励磁线圈：用来产生磁场的载流线圈 励磁电流：载流线圈中的电流,12 磁路基本定理,磁路欧姆定律 磁路基尔霍夫第一定律 磁路基尔霍夫第二定律,基本磁路物理量,磁场强度H(A/m) 磁感应密度(磁

3、密)B(T) 磁动势(磁势)F(A)：励磁绕组产生的安匝数 磁通量(磁通)(Wb)：穿过曲面S的磁通是磁感应密度B的法线分量的面积分 B均匀时,磁导率,磁场强度H与磁感应密度B的关系 由材料特性决定 称为材料的磁导率 真空磁导率 相对磁导率：材料的磁导率与真空磁导率的比值 电机中使用的铁磁材料的典型相对磁导率范围：200080000,安培环路定理,磁路欧姆定理,对于等截面、磁密分布均匀、材料一致的简单磁路 假设磁通为，磁动势为F=Ni，磁路截面积为A，磁路平均长度为l,令： 称为磁路的磁位降 令： 称为磁路的磁阻 磁路欧姆定理为,磁路基尔霍夫第一定律,穿过任意闭曲面的总磁通恒等于零,磁路基尔霍

4、夫第二定律,沿任意闭合磁路的中磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和,13 磁链、电感和能量,磁通(Wb)：穿过曲面S的磁通是磁感应密度B的法线分量的面积分 定义：线圈交链的磁链 定义：电感,磁场的能量,磁场的能量密度(单位体积磁场储能) 电感储能 带气隙电感的能量主要储存在气隙中,1-4 磁性材料的特性,按相对磁导率，将材料分为 顺磁物质：r略大于1 抗磁物质：r略小于1 铁磁物质：r远大于1 铁磁物质包括铁、镍、钴等和他们的合金 铁磁物质在外磁场中呈现磁性大幅度增强的现象,磁化曲线,磁化曲线：磁通密度B与磁场强度H之间的关系 起始磁化曲线：一未磁化的铁磁材料，磁场强度H由零逐渐增大时的磁化曲线

5、 剩磁Br：铁磁材料去掉外磁场后，铁磁材料内部仍然保留的磁通密度Br 矫顽力Hc：铁磁材料磁化后要使磁通密度由Br减小到零，需外加的反向磁场强度,磁滞现象,磁滞现象：铁磁材料磁化时磁通密度的变化滞后于磁场强度的变化 磁滞回线：由于磁滞效应，铁磁材料的磁化过程不可逆，在等Hmax反复磁化过程中，铁磁材料的B-H形成的闭合曲线,有取向电工钢的B-H回线,基本磁化曲线,以不同Hm磁化时铁磁材料的磁滞回线的顶点形成的曲线,直流磁化曲线,铁磁材料分类,软磁材料 磁滞回线窄，剩磁Br和矫顽力Hc小 铸铁、钢、硅钢片等 软磁材料的磁导率较高 硬磁（永磁）材料 磁滞回线宽、Br和Hc都大的铁磁材料 永磁材料的性能用剩磁Br、矫顽力Hc和最大磁能积（BH）max三项指标表征,铁心损耗,磁滞损耗 铁磁材料在交流磁场中反复磁化，磁畴相互摩擦产生的损耗 涡流损耗 交变磁场在铁心中产生感应电势 感应电势产生涡流 涡流产生损耗,磁滞损耗,若不计线圈电阻，铁心线圈从交流电源吸